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TWI837769B - 電子封裝結構 - Google Patents

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TWI837769B
TWI837769B TW111130489A TW111130489A TWI837769B TW I837769 B TWI837769 B TW I837769B TW 111130489 A TW111130489 A TW 111130489A TW 111130489 A TW111130489 A TW 111130489A TW I837769 B TWI837769 B TW I837769B
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廖文能
謝錚玟
林光華
陳偉今
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宏碁股份有限公司
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Abstract

一種電子封裝結構，包括基板、第一電子元件、至少一第二電子元件、絕緣膜、絕緣膠、液態金屬以及散熱板。第一電子元件與第二電子元件分別配置於基板上，且第二電子元件位於第一電子元件旁。絕緣膜配置在第二電子元件上與基板上。絕緣膠配置在第二電子元件上與基板上，且絕緣膠覆蓋絕緣膜的至少局部。散熱板配置於第一電子元件上且擠壓液態金屬，其中絕緣膜與絕緣膠阻隔溢流的液態金屬接觸第二電子元件與基板。

Description

電子封裝結構
本發明是有關於一種電子封裝結構。
隨著電子產品在功能及處理速度之需求的提升，作為電子產品之核心組件的半導體晶片(die)需具有更高密度之電子元件及電子電路，故半導體晶片在運作時將隨之產生更大量的熱能。再者，由於傳統包覆該半導體晶片之封裝膠體係為一種導熱係數僅0.8Wm-1k-1之不良傳熱材質(即熱量之逸散效率不佳)，因而若不能有效逸散半導體晶片所產生之熱量，將會造成半導體晶片之損害與產品信賴性問題。因此，為了迅速將熱能散逸至外部，業界通常在半導體封裝件中配置散熱板，該散熱板通常藉由散熱膠結合至晶片背面，以藉散熱膠與散熱片逸散出半導體晶片所產生之熱量，再者，通常令散熱片之頂面外露出封裝膠體或直接外露於大氣中，以取得較佳之散熱效果。
液態金屬是一種常溫下呈液體狀的低熔點合金，或呈現固體片狀，於加溫至熔點而呈現液態狀的合金，成分例如是鎵銦錫合金、銦鉍錫合金，或銦鉍鋅合金等，其性質穩定且具有優異 的導熱及導電性，其導熱能力及比熱容(specific heat capacity)遠高於傳統的矽脂導熱膏，故現時可作為發熱源與散熱鰭片之間的導熱劑使用，以取代上述的散熱膠。
但於實際應用上，常溫下的液態金屬具高流動性(低黏度)，因此在以其作為半導體晶片與散熱板之間的導熱介質時，往往在工藝上需面臨液態金屬的溢流問題，也就是隨著液態金屬受散熱板擠壓而可能溢流至半導體晶片的周邊時，其往往會因液態金屬接觸到周邊的電子元件或基板(的電路)，而容易造成短路損壞。
本發明提供一種電子封裝結構，其提供穩定的散熱機制(heat dissipation mechanism)以保護電子元件與電路。
本發明的電子封裝結構，包括基板、第一電子元件、至少一第二電子元件、絕緣膜、絕緣膠、液態金屬以及散熱板。第一電子元件與第二電子元件分別配置於基板上，且第二電子元件位於第一電子元件旁。絕緣膜配置在第二電子元件上與基板上。絕緣膠配置在第二電子元件上與基板上，且絕緣膠覆蓋絕緣膜的至少局部。散熱板配置於第一電子元件上且擠壓液態金屬，其中絕緣膜與絕緣膠阻隔溢流的液態金屬接觸第二電子元件與基板。
基於上述，電子封裝結構在其第二電子元件上配置絕緣膜，而後再以絕緣膠配置於基板、第二電子元件與絕緣膜上，以 讓絕緣膠覆蓋絕緣膜的至少局部，因此在組裝工藝中，散熱板因配置於第一電子元件上而擠壓其間液態金屬的同時，絕緣膠與絕緣膜能據以保護第二電子元件與基板，以隔絕溢流的液態金屬，因此能在有效利用液態金屬而達到散熱效果之外，也因上述結構而保護基板(上的電路)以及第二電子元件免因液態金屬而產生短路等情形，而兼具有效的散熱機制與保護機制。
100:電子封裝結構
110:基板
120:絕緣膜
121:內側緣
122:外側緣
130:液態金屬
140:散熱板
150:擋牆
A-A:剖線
A1:第一電子元件
A2:第二電子元件
d1:相對距離
G1、G2:絕緣膠
G3:固定膠
SP:空間
SP1:第一子空間
SP2:第二子空間
圖1是依照本發明一實施例的電子封裝結構的俯視圖。
圖2是圖1的電子封裝結構沿剖線A-A的剖視圖。
圖3至圖5是本發明不同實施例的電子封裝結構的剖視圖。
圖1是依照本發明一實施例的電子封裝結構的俯視圖。圖2是圖1的電子封裝結構沿剖線A-A的剖視圖，需說明的是，圖1是將圖2所示部分構件予以省略以利於辨識構件關係。請同時參考圖1與圖2，本實施例的電子封裝結構100包括基板110、第一電子元件A1、至少一第二電子元件(本實施例以多個第二電子元件A2為例)、絕緣膜120、絕緣膠G1、液態金屬130以及散熱板140。第一電子元件A1與第二電子元件A2分別配置於基板110上，且第二電子元件A2位於第一電子元件A1旁。絕緣膜120 配置在第二電子元件A2上與基板110上。絕緣膠G1配置在第二電子元件A2上與基板110上，且絕緣膠G1覆蓋絕緣膜120的至少局部。散熱板140配置於第一電子元件A1上且擠壓液態金屬130(經擠壓後，液態金屬130厚度是0.1mm至0.2mm，以此來達到降低熱阻的效果)，其中絕緣膜120與絕緣膠G1阻隔溢流的液態金屬130接觸第二電子元件A2與基板110。本案相關實施例所示厚度僅為便於視覺上的辨識，而不代表其實質尺寸與比例。
如上所述，圖1是省略圖2的散熱板140與液態金屬130。同時，本實施例的第一電子元件A1是半導體晶片(die)，例如用以形成中央處理器(CPU)或繪圖處理器(GPU)。第二電子元件A2是隨第一電子元件A1配置的附屬電子部件，例如是電容。基板110例如是承載上述電子元件的主機板，其上設置有多個電路(未繪示)。絕緣膜120例如是厚度0.03mm的PET電絕緣薄膜。絕緣膠G1例如是不導電高分子凝膠。在此先行敘明。
請再參考圖2，在本實施例中，電子封裝結構100還包括擋牆150，其配置在基板110上且環繞第一電子元件A1、第二電子元件A2、絕緣膜120、絕緣膠G1與液態金屬130，且用以與散熱板140、基板110結合而形成空間SP，且使絕緣膜120的外側緣122被夾持於散熱板散熱板140與擋牆150之間。換句話說，散熱板140、基板110與擋牆150(及其上的絕緣膠G2)形成空間SP，以讓第一電子元件A1、第二電子元件A2、絕緣膜120、絕緣膠G1與液態金屬130位於空間SP內。
更進一步地說，電子封裝結構100還包括絕緣膠G2，配置於擋牆150與散熱板140之間，絕緣膜120的外側緣122被夾持在絕緣膠G2與擋牆150之間。正如圖1所示，雖僅能辨識絕緣膠G2(擋牆150位於絕緣膠G2下方而被遮擋)，但明顯能獲知的是，擋牆150與絕緣膠G2相當於是空間SP的側牆結構，以與散熱板140及基板110構成具有完整空間SP的整體結構。另外，電子封裝結構100還包括固定膠G3，配置於基板110上且位於第一電子元件A1的周緣，以固定第一電子元件A1於基板110上。在本實施例中，固定膠G3適於在將第一電子元件A1封裝至基板110上時即接續完成。在此，固定膠G3例如是環氧樹脂(epoxy)材質。
另一方面，散熱板140例如是銅質散熱板，其相對於液態金屬130的另一側可增設散熱裝置(heat sink，例如散熱鰭片、風扇或相關散熱器，未繪示)，以利於將熱量傳送出電子封裝結構100。同時，為了避免銅質散熱板與液態金屬質130因直接接觸而受腐蝕，因此銅質散熱板的表面還設置有抗腐蝕金屬層，以作為銅質散熱板的隔離層。
由圖2能清楚得知，第二電子元件A2與固定膠G3之間存在間隙，也就是圖2所示存在相對距離d1處，所述相對距離d1小於或等於2.0mm，絕緣膠G1的局部填充於間隙而往外延伸至第二電子元件A2上。絕緣膜120的輪廓是呈回字形而具有內側緣121與外側緣122(標示於圖2)，其中開口處(也就是內側緣121) 環繞於(且暴露)第一電子元件A1，其中絕緣膠G1會覆蓋絕緣膜120鄰近內側緣121的局部。更進一步地說，如圖2所示，絕緣膜120的內側緣121與絕緣膠G1的局部是相互交疊在第二電子元件A2上。
於製作工藝上，本實施例是先以絕緣膜120貼附於基板110、擋牆150與第二電子元件A2上，而後再以絕緣膠G1塗佈於基板110與第二電子元件A2上，絕緣膜120的外側緣122受擋牆150與散熱板140(或擋牆與絕緣膠G2)的夾持而固定，而待絕緣膠G1固化後，則明顯能將絕緣膜120的內側緣121壓制於第二電子元件A2上，據以讓絕緣膜120能穩固地配置在基板110上，而不致受外力使其外側緣122或內側緣121被翻起。在另一未繪示的實施例中，絕緣膠G1、G2也可採不固化的導熱凝膠(H-Putty)作為上述絕緣膠使用，惟其厚度需控制在1.2mm以下，以確保其能與周邊結構接觸(或擠壓)而形成所需的空間SP。也就是說，一旦其厚度大於1.2mm時，則因其不固化特性而容易塌陷而無法填補縫隙，以絕緣膠G2而言，塌陷的導熱凝膠會使絕緣膜120與散熱板140之間產生縫隙而無法據以形成所需的空間SP。
更重要的是，上述藉由絕緣膜120與絕緣膠G1的對應配置，還能有效地降低施作工藝的困難度。如前所述，固定膠G3與電容(第二電子元件A2)之間存在僅2.3mm的間隙，因此對於絕緣膠G1而言並不容易能精準控制其施作範圍與用量。現有技術能做到的僅是將絕緣膠G1塗佈覆蓋於所有的第二電子元件A2，而 此舉明顯存在絕緣膠G1的用量過多、施作時間較長...等缺點。據此，為了有效地降低絕緣膠G1的用量，因此本實施例改以絕緣膜120搭配絕緣膠G1，其中絕緣膜120用以貼附覆蓋至少大部分的第二電子元件A2，而能節省施作時間，而剩餘的部分才填充以絕緣膠G1。
如圖1所示，所示排列在第一電子元件A1的周邊的多個第二電子元件A2，其相對於第一電子元件A1是以不同徑向排列，也就是這些第二電子元件A2相對於第一電子元件A1存在不同相對距離，而絕緣膜120實質上從擋牆150處開始(絕緣膜120的外側緣122)，一路延伸並覆蓋至最小徑向尺寸的第二電子元件A2的局部(也就是距離第一電子元件A1最近的這些第二電子元件A2)，以讓距離最近的這些第二電子元件A2的至少局部已被絕緣膜120覆蓋。如此一來，在接續塗佈絕緣膠G1時，即可以固定膠G3作為起始而開始塗佈，直至確定絕緣膠G1覆蓋絕緣膜120鄰近內側緣121的局部即可，換句話說，正因絕緣膜120的存在，因此能有效簡化絕緣膠G1的施作，而毋須考慮以額外技術限定絕緣膠G1的施作範圍，也相當因絕緣膠G1的塗佈裕度增加，而使其施作工藝能更加便利。
如圖2所示，經上述構件配置後，即能形成空間SP以供液態金屬130溢流，如圖所示溢流徑L1、L2，而基板110與第二電子元件A2受絕緣膜120與絕緣膠G1的保護得以與溢流的液態金屬130隔絕。
正因上述施作裕度，故本實施例並未限制絕緣膜120與第二電子元件A2的覆蓋狀態。有別於圖2所示絕緣膜120的內側緣121是與第二電子元件A2的側面切齊，圖3繪示本發明另一實施例的電子封裝結構的剖視圖。在圖3中，絕緣膜120的內側緣121僅覆蓋第二電子元件A2的局部，而不變的是，絕緣膠G1在覆蓋第二電子元件A2的同時也覆蓋於絕緣膜120的局部，也就是讓內側緣121受絕緣膠G1的壓制而不會因外物或外力的影響而被翻起，以使絕緣膜120能穩固地配置在基板110與第二電子元件A2上。
在另一未繪示的實施例中，絕緣膜120的內側緣121也可超出第二電子元件A2的側面而位於第一電子元件A1與第二電子元件A2之間，其仍能藉由絕緣膠G1的塗佈而填滿固定膠G3與第二電子元件A2之間的所述間隙。於另一未繪示的實施例中，絕緣膠G1也因能局部覆蓋固定膠G3而具有較大的施作(範圍)裕度。惟，塗佈的絕緣膠G1仍不應接觸或覆蓋第一電子元件A1。
由圖2、圖3及前述未繪示的實施例可知，正因有絕緣膜120與絕緣膠G1的相互配置，且特別是讓絕緣膠G1覆蓋在局部絕緣膜120上，而使本發明的電子封裝結構在施作絕緣膜120與絕緣膠G1時能有較大的裕度，以提高施作的便利性。
圖4繪示本發明另一實施例的電子封裝結構的剖視圖。與前述實施例不同的是，本實施例的絕緣膠G1抵接於散熱板140，以將前述空間SP進一步地分隔為第一子空間SP1與第二子 空間SP2，其中液態金屬130位於第一子空間SP1，如溢流徑L1所示，而絕緣膜120未被絕緣膠G1覆蓋的部分位於第二子空間SP2。此舉讓本實施例的電子封裝結構適用於液態金屬130用量較少的狀態，以將可能溢流的液態金屬130初步限制於第一子空間SP1。同時，此舉也提供了第二層防護，也就是位於第二子空間SP2的絕緣膜120，即使面臨液態金屬130突破與散熱板140接觸的絕緣膠G1時，仍能以絕緣膜120提供所需的保護機制。另需提及的是，圖2至圖4所示實施例的絕緣膠G2，其也能改以塗佈於散熱板140後再組裝至絕緣膜120。此外，在圖4所示實施例中，絕緣膠G1、G2可同時先行塗佈於散熱板140後再行組裝至絕緣膜120。與前述類似地，本實施例的絕緣膠G1也可採用不固化的導熱凝膠(H-Putty)，但如前述需控制其厚度。
圖5是本發明另一實施例的電子封裝結構的剖視圖。與前述圖2所示實施例不同的是，本實施例的絕緣膜120的外側緣122是被夾持在散熱板140與絕緣膠G2之間。請再參考圖2，其在施作時能先以絕緣膠G2塗佈於散熱板140並待其固化後，再一同覆蓋於基板110與其上的擋牆150、第一電子元件A1上。反之，圖5所示則是改以將絕緣膠G2塗佈於擋牆150或絕緣膜120上，而後再覆蓋散熱板140。然無論上述何者，皆能對第二電子元件A2與基板110提供完善的保護機制，以隔離可能溢流的液態金屬130。
綜上所述，在本發明的上述實施例中，電子封裝結構在 其第二電子元件上配置絕緣膜，而後再以絕緣膠配置於基板、第二電子元件與絕緣膜上，以讓絕緣膠覆蓋絕緣膜的至少局部，因此在組裝工藝中，散熱板因配置於第一電子元件上而擠壓其間液態金屬的同時，絕緣膠與絕緣膜能據以保護第二電子元件與基板，以隔絕溢流的液態金屬，因此能在有效利用液態金屬而達到散熱效果之外，也因上述結構而保護基板(上的電路)以及第二電子元件免因液態金屬而產生短路等情形，而兼具有效的散熱機制與保護機制。
換句話說，通過絕緣膜與絕緣膠的相互搭配，且特別是讓絕緣膠覆蓋於絕緣膜上，而使基板與第二電子元件能受到完全被覆蓋而與溢流的液態金屬隔絕。同時，此舉也因此降低施作工藝的困難程度，並因能提高施作絕緣膜與絕緣膠的範圍裕度而達到省時且提高工藝便利性的效果。
110:基板 120:絕緣膜 121:內側緣 A-A:剖線 A1:第一電子元件 A2:第二電子元件 G1、G2:絕緣膠 G3:固定膠

Claims (15)

  1. 一種電子封裝結構，包括：一基板；一第一電子元件，配置於該基板上；至少一第二電子元件，配置於該基板上且位於該第一電子元件旁；一絕緣膜，配置在該至少一第二電子元件與該基板上；一絕緣膠，配置在該至少一第二電子元件與該基板上，且該絕緣膠覆蓋該絕緣膜的至少局部；一液態金屬，配置在該第一電子元件上；以及一散熱板，配置於該第一電子元件上且擠壓該液態金屬，其中該絕緣膜與該絕緣膠阻隔溢流的該液態金屬接觸該至少一第二電子元件與該基板。
  2. 如請求項1所述的電子封裝結構，還包括一擋牆，設置於該基板上且環繞該第一電子元件、該至少一第二電子元件、該絕緣膜、該絕緣膠與該液態金屬。
  3. 如請求項2所述的電子封裝結構，其中該絕緣膜的外側緣被夾持在該散熱板與該擋牆之間。
  4. 如請求項3所述的電子封裝結構，還包括另一絕緣膠，配置於該擋牆與該散熱板之間，該絕緣膜的該外側緣被夾持在該另一絕緣膠與該擋牆之間。
  5. 如請求項3所述的電子封裝結構，還包括另一絕緣膠，配置於該擋牆與該散熱板之間，該絕緣膜的該外側緣被夾持在該另一絕緣膠與該散熱板之間。
  6. 如請求項1所述的電子封裝結構，其中該絕緣膜的內側緣環繞該第一電子元件且被該絕緣膠覆蓋局部。
  7. 如請求項6所述的電子封裝結構，其中該絕緣膜的該內側緣被該絕緣膠壓制於該至少一第二電子元件上。
  8. 如請求項6所述的電子封裝結構，其中該絕緣膜的該內側緣位於該第一電子元件與該至少一第二電子元件之間。
  9. 如請求項6所述的電子封裝結構，其中該絕緣膜的該內側緣與該絕緣膠的局部交疊在該至少一第二電子元件上。
  10. 如請求項1所述的電子封裝結構，還包括固定膠，配置於該基板上且位於該第一電子元件的周緣，以固定該第一電子元件於該基板上，該至少一第二電子元件與該固定膠之間存在間隙，該絕緣膠的局部填充於該間隙。
  11. 如請求項10所述的電子封裝結構，其中該絕緣膠覆蓋該固定膠的局部。
  12. 如請求項1所述的電子封裝結構，包括多個所述第二電子元件，配置於該基板上且排列在該第一電子元件的周邊，其中該些第二電子元件相對於該第一電子元件以不同徑向排列，該絕緣膜覆蓋最小徑向尺寸的該些第二電子元件的局部，以及其餘該些第二電子元件。
  13. 如請求項2所述的電子封裝結構，其中該散熱板、該基板與該擋牆形成空間，該第一電子元件、該至少一第二電子元件、該絕緣膜、該絕緣膠與該液態金屬位於該空間內。
  14. 如請求項13所述的電子封裝結構，其中該絕緣膠抵接於該散熱板，以將該空間分隔為一第一子空間與一第二子空間，該液態金屬位於該第一子空間，該絕緣膜未被該絕緣膠覆蓋的部分位於該第二子空間。
  15. 如請求項1所述的電子封裝結構，其中該第一電子元件是半導體晶片(die)，該至少一第二電子元件是電容。
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